一个人的奋斗，不论成败，只是在把世界雕琢完美，尽你所能，沉静和坚毅地尽力去做。在世界科技史上，有一位学徒出身的科学家、发明家，以自己的聪明才智，完成了人类社会急需的一种伟大发明，为人类历史发展做出了极大的贡献。这个人就是发明蒸汽机的瓦特。
科学巨匠的少年时代
詹姆斯·瓦特１７３６年１月１９日出生于英国格拉斯哥市附近的一个小镇，祖父和叔父都是机械工匠，父亲原来是个造船技术工人，后来自己经营过造船和建筑，做过仪器制造家和商人，还曾经一度担任过小镇的地方行政官。耳濡目染，瓦特从幼年起就随父亲学习各种手艺，并养成了一种独立思考和探索奥秘的兴趣和习惯。关于这个，曾有过一个广为人知的传说：有一天，小瓦特在家里看见一壶水开了，蒸汽把壶盖冲得噗噗地跳。这种常人司空见惯的现象却引起了他极浓厚的兴趣。他目不转睛地凝视那跳动的壶盖和冒出的蒸汽，苦思冥想其中的奥秘，一直看了一个多小时。
由于体弱多病，瓦特没有受过完整的正规教育。他曾经就读于格里诺克的文法学校，数学成绩特别优秀，但没有毕业就退学了。但是，他在父母的教导下，一直坚持自学。瓦特很早就对物理和数学产生了兴趣，从１３岁开始学习几何学，到１５岁时就学完了《几何原理》等书籍。他常常自己动手修理和制作起重机、滑车和一些航海器械。１７５３年，瓦特到格拉斯哥市当徒工。由于收入过低不能维持生活，第二年他又到伦敦的一家仪表修理厂当徒工。凭借着自己的勤奋好学，他很快学会了制造那些难度较高的仪器。但是繁重的劳动和艰苦的生活损害了他的健康，一年后，他不得不回家休养。
１７５６年，当身体稍有好转，瓦特再次踏上了坎坷的道路来到格拉斯哥市。他想当一名修造仪器的工人，但是因为他的手艺没有满师，当时的行会不允许。幸运的是，瓦特的才能引起了格拉斯哥大学教授台克的重视。在他的介绍下，瓦特进入格拉斯哥大学当了修理教学仪器的工人。在那里，他认识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊等，并从他们那里学到了很多科学理论知识。１７６４年８月，瓦特与表妹玛格丽特·米勒结了婚。
推动整个世界文明向前跑
人类对蒸汽的认识和利用，经历了一个漫长的历史过程。早在公元前２世纪，古希腊人就制造过一种利用蒸汽喷射产生反作用的发动机。
１６９８年，法国物理学家巴本创造性地设计了汽缸——活塞装置。这个装置源于高压锅上压力阀所受的重力（自身重量）是由锅内蒸汽的压力（作用在阀上）来平衡的这个现象。如果锅内压力超过阀的重量，阀就将被推起，这时如果使压力阀和压力锅间既能有相对的运动又能形成一个封闭的容器，那么压力阀就变成了“活塞”，压力锅也就变成“汽缸”了。至于活塞被蒸汽推起后返回其原来位置的运动，可以靠使蒸汽冷凝而由外部的大气压力的推动来完成。也许因为巴本毕竟是物理学家而不是一位工程师或熟练工人的缘故，他未能把这个聪明的设想完善到可以实际应用的程度。
在巴本之后，英国工程师托马斯·塞维利修改了巴本的设想，于１６９８年，设计发明了第一台实际应用于矿井抽水的蒸汽机，第一次真正把蒸汽变成了工业动力。但是这种机器还是有许多缺陷必须克服：它的热损失极大，效率很低；由于靠大气压力汲水，使其工作受到限制；而且也很不安全。
１７０５年英国锻工托马斯·纽可门在另一位工人考利的帮助下，发明了一种更加适用的大气活塞式蒸汽机，他将从矿井里抽水的工作机和为它提供动力的蒸汽装置完全分开，并且使蒸汽装置的活塞运动回程靠摇秆的不平衡在重力的作用下自然实现。这样，便保证了蒸汽机的安全运行，并且也较塞维利蒸汽机大大减少了热量的损失，提高了扬程，从而降低了它的运行成本。
１７６３年，格拉斯哥大学请瓦特修理一台纽可门蒸汽机。他通过大量实验以及根据格拉斯哥大学教授布莱克提出的潜热、比热理论进行分析，对旧式蒸汽机进行深入研究，找出了旧式机器效率低的主要原因：除了漏汽、散热等造成热量的浪费外，主要缺陷在于每一冲程都要用冷水将汽缸冷却一次，从而消耗了大量热量，使绝大部分蒸汽没有被有效利用。针对这一缺陷，瓦特提出了减少蒸汽消耗、提高热机效率的两项措施：一，为了使汽缸始终保持蒸汽所必须具有的温度，必须在汽缸外加上绝热外套或用其他方法对汽缸加热；二，使作功后的蒸汽尽可能快地冷却，液化成水并要使这一过程在汽缸外进行。
１７６５年的春天，在一次散步时，瓦特想到，既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。
在产生这种设想以后，瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计，冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连，使他们既能连通又能分开。这样，既能把做功后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过程中消耗热量，据瓦特计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。但当瓦特辛辛苦苦造出了几台新式蒸汽机，效果反而不如纽可门蒸汽机，甚至四处漏气，无法开动。试验的失败使瓦特债台高筑。当布莱克知道瓦特的困境后，把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友——化工技师罗巴克。罗巴克对３０来岁的瓦特的新装置很是赞许，当即与瓦特签订合同，赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。
从１７６６年开始，在三年多的时间里，瓦特克服了材料和工艺等各方面的困难，终于在１７６９年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了，但它同纽可门蒸汽机相比，除了热效率有显著提高外，在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。
由于瓦特的这种蒸汽机仍不够理想，销路并不广。当瓦特继续进行探索时，罗巴克本人已濒于破产，于是他又把瓦特介绍给了工程师兼企业家博尔顿。瓦特自与博尔顿合作之后即在资金、设备、材料等方面得到大力支持，随即又生产了两台带分离冷凝器的蒸汽机。由于没有显著的改进，这两台蒸汽机并没有得到社会的关注。这两台蒸汽机耗资巨大，使博尔顿也濒临破产，但他仍然给瓦特以慷慨的赞助。自１７６９年试制出带有分离冷凝器的蒸汽机样机之后，瓦特就已看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病，而活塞只能作往返的直线运动才是它的根本局限。１７８１年，瓦特从行星绕日的圆周运动受到启发，想到了把活塞往返的直线运动变为旋转的圆周运动就可以使动力传给任何工作机。同年，他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性，从而使圆周运动更加均匀，瓦特还在轮轴上加装了一个飞轮。由于对传统机构的这一重大革新，瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作机的动力机。１７８１年底，瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。
由于这种蒸汽机加上了轮轴和飞轮，这时的蒸汽机在把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动时，多消耗了不少能量。这样，蒸汽机的效率不是很高，动力不是很大。为了进一步提高蒸汽机的效率，瓦特在发明齿轮联动装置之后，对汽缸本身进行了研究，发现他的蒸汽机中蒸汽推动活塞的冲程工艺与纽可门蒸汽机没有不同。两者的蒸汽都是单项运动，从一端进入、另一端出来。他想，如果让蒸汽能够从两端进入和排出，就可以让蒸汽既能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动。那末，他的效率就可以提高一倍。１７８２年，瓦特根据这一设想，试制出了一种带有双向装置的新汽缸。由此瓦特获得了他的第三项专利。把原来的单向汽缸装置改装成双向汽缸，并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽，这是瓦特在改进纽可门蒸汽机的过程中的第三次飞跃。通过这三次技术飞跃，纽可门蒸汽机完全演变为了瓦特蒸汽机。
影响
由于瓦特把蒸汽机的往复直线运动变成为连续而均匀的圆周运动，从而可以经过传动装置带动一切机器运转，成为能普遍用于工业和交通运输业的“万能动力机”。这种高效率的蒸汽机很快取代了旧式的蒸汽机，被各工业部门迅速采用。从此，动力机、传动机和工作机组成了机器生产系统，成为产业近代化的核心。
到１９世纪３０年代，蒸汽机广泛应用到纺织、冶金、采煤、交通等部门去，很快引起了一场技术革命。美国人富尔顿发明了用瓦特蒸汽机作动力的轮船，英国人史蒂芬逊发明了用瓦特蒸汽机作动力的火车。瓦特的蒸汽机成为真正的国际性发明，它有力地促进了欧洲１８世纪的产业革命，推动世界工业进入了“蒸汽时代”。 |
